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激光打標機數(shù)控系統(tǒng)是怎么工作的?

發(fā)布人:創(chuàng)軒激光小軒發(fā)布時間:2020-01-09

【摘要】:

激光打標機主要用于金屬、非金屬固體材料表面刻劃出字符和圖形,在許多行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用。

激光打標機主要用于金屬、非金屬固體材料表面刻劃出字符和圖形,在許多行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用。例如,在活塞環(huán)上打出工廠的商標;在程控電話機的塑料接插件上打上編號;在集成電路上打上型號及廠標等。沒有激光打標機,通常使用鋼印或印刷做上標記,這種方法易破壞工件,且易受到非法廠家的假冒。而激光打標機,不僅打標美觀,且具有較強的防偽性。目前,進口的激光打標機功能先進齊全,但價格昂貴;國內(nèi)也有類似產(chǎn)品,雖然價格低廉(進口產(chǎn)品的五分之一),但功能單一,可靠性也不盡人意。


    激光打標機數(shù)控系統(tǒng)控制原理

  激光打標機由激光電源、激光器、兩座標工作臺及數(shù)控系統(tǒng)四部分組成。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的程序及打標工藝參數(shù),控制工作臺作相應(yīng)的移動。在走到某一字符或圖案點處便發(fā)出激光打標機命令,激光器接收到該命令后發(fā)射出脈沖激光,激光束通過光學(xué)反射鏡組聚焦在被加工物表面。在強功率激光作用下,使物體表面熔融或蒸發(fā)而形成痕跡。這些點陣組合起來就是要刻劃的字或圖案。原理圖如圖1所示。根據(jù)工作臺的移動方式,激光打標機可分為三類:

  1、掃描式打標;

  2、筆順式打標;

  3、路徑優(yōu)化式打標。


激光打標機數(shù)控系統(tǒng)是怎么工作的?

  圖1激光打標機原理圖

系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

  激光打標機數(shù)控系統(tǒng)的控制器選用以8031單片微機為例,硬件框圖如圖2所示。


激光打標機數(shù)控系統(tǒng)是怎么工作的?

  圖2數(shù)控系統(tǒng)硬件構(gòu)圖


  系統(tǒng)軟件包括用戶圖標編輯、用戶自定義圖案庫生成、打標計算及控制、圖標程序管理、工件計數(shù)、程序校驗等,如圖3所示。本文對如何用單片機語言編寫系統(tǒng)軟件不做贅述,主要對前三種功能的實現(xiàn)方法進行討論。


激光打標機數(shù)控系統(tǒng)是怎么工作的?

  圖3系統(tǒng)軟件


       (1)圖標程序編輯

  由于系統(tǒng)采用單片機控制,數(shù)碼管顯示,所以圖標程序采用格式化提示性輸入。一個圖標程序由若干字段組成,每個字段又由該字符(或圖案)的所有打標信息組成。例如要打標"1998",字符1、9、9、8組成了該程序的各個字段。一個字段包括6個信息元素:(1)字符標識符,(2)字符類型,(3)X坐標,(4)Y坐標,(5)點間距,(6)重打次數(shù)。采用該結(jié)構(gòu)并按提示方式編輯圖標程序,易輸入、修改,不易出錯。

  (2)自定義圖案

  用戶需要打標特殊文字或圖案時,由于內(nèi)部字庫無法提供,所以采用自定義圖案方式生成自己的圖案庫,每個自定義圖案包括三部分信息:(1)字符類型,(2)字符標識符,(3)點陣代碼。點陣代碼的輸入按圖案點陣從左到右、從上到下順序進行,每次輸入一個字節(jié)的點陣。圖案較大時,可以分塊定義。

  (3)打標控制

  根據(jù)圖表程序按字符標識符和字符類型調(diào)入字符點陣,并構(gòu)成字符位圖,由位圖經(jīng)過路徑優(yōu)化轉(zhuǎn)化成工作臺的到達指定位置并輸出打標信號,完成一點打標。其中路徑優(yōu)化是打標控制需要解決的關(guān)鍵問題。

  眾所周知,路徑優(yōu)化是一世界性難題,目前尚無最優(yōu)解,最鄰近算法是最廣泛采用的方法,編程簡單、容易理解,可靠性也較高,可以獲得良好的結(jié)果。由于該算法近似精度為a≤1/2(InN+1),算法計算復(fù)雜性為0(nXn),所以這種方法有時也可能很差,達不到優(yōu)化目的,在數(shù)據(jù)點較多時,具有較高的計算發(fā)雜性。作者以最鄰近算法為基礎(chǔ)并依據(jù)點陣位圖,將其演化成本文的算法。該算法的步驟如下:

  ①、位圖中找出第一個點(I,J),并轉(zhuǎn)換成位移量,同時將該店在點陣位圖中設(shè)置為零。

  ②、在(I,J)的相鄰點(I+i,J)、(I-i,J)、(I,J+j)、(I,J-j)、(I+i,J+j)、(I-i,J,J+j)、(I-i,J-j)、(I+i,J-j)按順序找出下一個打標點(I',J')(i和j的取值為1、2、3…,受點陣位圖邊界控制)。將(I',J')轉(zhuǎn)換成位移量,同時將該店在點陣位圖中置為零。

  ③、判斷點陣位圖中是否還有為1的位,仍有為1的位時,則以(I',J')為新的起點,返回步驟②,否則優(yōu)化完成。在步驟②中,由于圖案點陣是按字節(jié)從左到右、從上到下順序排列,所以該算法可以最快找到最鄰近點,無須遍歷所有點。因此大大提高了優(yōu)化速度,這在本文打標的實時控制中尤其重要。


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